Question

一道初三物理竞赛题

14．如图8所示，一支试管口朝下插入水中，管内封闭有一定量的空气，在某一尝试恰好悬浮在水中，当水的温度降低时，下列说法正确的是【 A 】
A、试管加速下沉 B、试管匀速下沉
C、试管加速上浮 D、试管仍悬浮

为什么选A,希望有超级厉害的高手为我解答（望能给出详细的解释），谢谢

Answer 1

当温度降低时，空气体积减小相当于V排减小 而质量不变，这样所提供的浮力小于重力，因此下滑，由于合力不是零，所以加速下滑

追问

为什么空气体积会减小？V排怎么会变呢?

追答

你到高中就知道了
理想气体的遵循公式的 pV=nRT 其中p为压强 V是体积 n是物质的量（mol） R是常数=8.314
T是热力学温度 在水中悬浮时气体压强不变 等式右面看成常量 V自然要减小

Answer 2

选A

Answer 3

因为热胀冷缩 水的温度降低时气体就会减少 从而浮力减小 加速下沉 直到最后落入底部

Answer 4

悬浮时，管内一定体积空气产生的浮力刚好和管子重力平衡，当温度降低时，空气分子热运动减弱，管内空气体积减少，也就是排开水产生的浮力减小了，无法与管子重力平衡，管子就下沉，而且越往下，水越深，管子所处位置的压强越大，管内空气体积变得越小，产生浮力也越小，重力与浮力的差值越大，试管应该是变加速下沉。

追问

为什么空气体积会减小？V排怎么会变呢?

追答

温度降低时，空气分子热运动减弱，互相撞击频率和速度都降低，空气体积变小，也就是热胀冷缩。

Answer 5

是这样的，当水的温度降低时，虽然水的密度会增大，但是管内的空气会迅速的收缩，空气的收缩率比水密度增长率要大，所以管子会加速下沉，然后再平衡最后再上浮至一定位置平衡，

追问

为什么空气体积会减小？V排怎么会变呢?

追答

热涨冷缩没学过？？温度降低空气密度增加，质量不变体积就会减小；懂了么？？？

体积小了管内的水柱就会升高，这时总的排水体积就相当于减小了啊。

Answer 6

是的，需要高中的理想气体状态方程来考虑。初中物理的这种赛题确实需要经常琢磨...